Vědci vědí, co jsou rostlinné pigmenty – zelené a fialové, žluté a červené. Rostlinné pigmenty se nazývají organické molekuly, které se nacházejí v tkáních, buňkách rostlinného organismu - právě díky takovým inkluzím získávají barvu. V přírodě se chlorofyl vyskytuje častěji než ostatní, který je přítomen v těle jakékoli vyšší rostliny. Oranžový, načervenalý tón, nažloutlé odstíny poskytují karotenoidy.
A další podrobnosti?
Rostlinné pigmenty se nacházejí v chromo-, chloroplastech. Celkem moderní věda zná několik stovek druhů sloučenin tohoto typu. Působivé procento všech objevených molekul je zapotřebí pro fotosyntézu. Jak ukázaly testy, pigmenty jsou zdrojem retinolu. Růžové a červené odstíny, variace hnědé a namodralé barvy zajišťuje přítomnost antokyanů. Takové pigmenty jsou pozorovány v míze rostlinných buněk. Když se dny v chladném období zkracují,pigmenty reagují s jinými sloučeninami přítomnými v těle rostliny, což způsobuje změnu barvy dříve zelených částí. Listí stromů se stává zářivější a barevnější - stejný podzim, na jaký jsme zvyklí.
Nejznámější
Snad téměř každý středoškolák zná chlorofyl, rostlinný pigment nezbytný pro fotosyntézu. Díky této sloučenině může zástupce rostlinného světa absorbovat sluneční světlo. Na naší planetě však nejen rostliny nemohou existovat bez chlorofylu. Jak ukázaly další studie, tato sloučenina je pro lidstvo naprosto nepostradatelná, protože poskytuje přirozenou ochranu proti rakovinným procesům. Bylo prokázáno, že pigment inhibuje karcinogeny a zaručuje ochranu DNA před mutacemi pod vlivem toxických sloučenin.
Chlorofyl je zelený pigment rostlin, který chemicky představuje molekulu. Je lokalizován v chloroplastech. Právě díky takové molekule jsou tyto oblasti zbarveny zeleně. Ve své struktuře je molekula porfyrinovým kruhem. Díky této specifičnosti se pigment podobá hemu, který je strukturálním prvkem hemoglobinu. Klíčový rozdíl je v centrálním atomu: v hemu zaujímá jeho místo železo, pro chlorofyl je nejvýznamnější hořčík. Vědci tuto skutečnost poprvé objevili v roce 1930. K události došlo 15 let poté, co Willstatter látku objevil.
Chemie a biologie
Zaprvé vědci zjistili, že zelený pigment v rostlinách se vyskytuje ve dvou variantách, které dostaly názvy pro dvaprvní písmena latinské abecedy. Rozdíl mezi odrůdami, i když je malý, stále existuje a je nejvíce patrný při analýze postranních řetězců. U první odrůdy hraje roli CH3, u druhého typu - CHO. Obě formy chlorofylu patří do třídy aktivních fotoreceptorů. Rostlina díky nim dokáže absorbovat energetickou složku slunečního záření. Následně byly identifikovány další tři typy chlorofylu.
Ve vědě se zelený pigment v rostlinách nazývá chlorofyl. Při zkoumání rozdílů mezi dvěma hlavními odrůdami této molekuly vlastní vyšší vegetaci bylo zjištěno, že vlnové délky, které může pigment absorbovat, jsou poněkud odlišné pro typy A a B. Ve skutečnosti se podle vědců odrůdy účinně doplňují jiné, čímž poskytuje rostlině schopnost maximalizovat absorbování požadovaného množství energie. Normálně je první typ chlorofylu obvykle pozorován v třikrát vyšší koncentraci než druhý. Společně tvoří zelený rostlinný pigment. Tři další typy se vyskytují pouze ve starověkých formách vegetace.
Vlastnosti molekul
Studiem struktury rostlinných pigmentů bylo zjištěno, že oba typy chlorofylu jsou molekuly rozpustné v tucích. Syntetické odrůdy vytvořené v laboratořích se rozpouštějí ve vodě, ale jejich vstřebávání v těle je možné pouze za přítomnosti mastných sloučenin. Rostliny používají pigment k poskytování energie pro růst. Ve stravě lidí se používá za účelem zotavení.
Chlorofyl, jakohemoglobin může fungovat normálně a produkovat sacharidy, když je připojen k proteinovým řetězcům. Vizuálně se protein zdá být útvarem bez jasného systému a struktury, ale ve skutečnosti je správný, a proto si chlorofyl může stabilně udržovat svou optimální polohu.
Funkce aktivity
Vědci při studiu tohoto hlavního pigmentu vyšších rostlin zjistili, že se nachází ve všech zelených rostlinách: seznam zahrnuje zeleninu, řasy, bakterie. Chlorofyl je zcela přírodní sloučenina. Od přírody má vlastnosti ochránce a zabraňuje přeměně, mutaci DNA pod vlivem toxických sloučenin. Speciální výzkumné práce byly organizovány v indické botanické zahradě ve Výzkumném ústavu. Jak vědci zjistili, chlorofyl získaný z čerstvých bylin může chránit před toxickými sloučeninami, patologickými bakteriemi a také zklidňuje aktivitu zánětů.
Chlorofyl je krátkodobý. Tyto molekuly jsou velmi křehké. Sluneční paprsky vedou ke smrti pigmentu, ale zelený list je schopen generovat nové a nové molekuly, které nahrazují ty, kteří sloužili svým kamarádům. V podzimním období se již chlorofyl neprodukuje, takže listy ztrácí barvu. Do popředí se dostávají další pigmenty, dříve skryté očím vnějšího pozorovatele.
Rozmanitost není omezena
Rozmanitost rostlinných pigmentů známých moderním výzkumníkům je výjimečně velká. Vědci rok od roku objevují stále nové a nové molekuly. Realizováno relativně nedávnostudie umožnily přidat ke dvěma výše uvedeným odrůdám chlorofylu další tři typy: C, C1, E. Typ A je však stále považován za nejdůležitější. Karotenoidy jsou však dokonce rozmanitější. Tato třída pigmentů je vědě dobře známá - díky nim získávají kořeny mrkve, mnoho zeleniny, citrusové plody a další dary rostlinného světa odstíny. Další testy ukázaly, že kanárci mají žluté peří kvůli karotenoidům. Dodávají také barvu vaječnému žloutku. Kvůli množství karotenoidů mají obyvatelé Asie zvláštní odstín pleti.
Ani člověk, ani zástupci živočišného světa nemají takové vlastnosti biochemie, které by umožňovaly produkci karotenoidů. Tyto látky se objevují na bázi vitaminu A. Dokazují to pozorování na rostlinných barvivech: pokud kuře s potravou nepřijímalo vegetaci, budou žloutky velmi slabého odstínu. Pokud byl kanár krmen velkým množstvím potravy obohacené o červené karotenoidy, jeho peří získá jasný odstín červené.
Zajímavé vlastnosti: Karotenoidy
Žlutý pigment v rostlinách se nazývá karoten. Vědci zjistili, že xantofyly poskytují červený odstín. Počet zástupců těchto dvou typů známých vědecké komunitě se neustále zvyšuje. V roce 1947 znali vědci asi sedm desítek karotenoidů a v roce 1970 už jich bylo více než dvě stě. Do jisté míry je to podobné pokroku poznání v oblasti fyziky: nejprve věděli o atomech, pak elektronech a protonech a následně odhaliliještě menší částice, pro jejichž označení se používají pouze písmena. Dá se mluvit o elementárních částicích? Jak ukázaly testy fyziků, na použití takového termínu je příliš brzy – věda ještě není rozvinuta do té míry, aby je bylo možné případně najít. Podobná situace se vyvinula s pigmenty – rok od roku se objevují nové druhy a typy a biologové jsou jen překvapeni, protože nejsou schopni vysvětlit mnohostrannou povahu.
O funkcích
Vědci zabývající se pigmenty vyšších rostlin zatím nedokážou vysvětlit, proč a proč příroda poskytla tak širokou škálu molekul pigmentů. Funkčnost některých jednotlivých odrůd byla odhalena. Bylo prokázáno, že karoten je nezbytný pro zajištění bezpečnosti molekul chlorofylu před oxidací. Ochranný mechanismus je dán vlastnostmi singletového kyslíku, který vzniká při fotosyntéze jako doplňkový produkt. Tato sloučenina je vysoce agresivní.
Další vlastností žlutého pigmentu v rostlinných buňkách je jeho schopnost prodloužit interval vlnových délek potřebný pro proces fotosyntézy. V tuto chvíli není taková funkce přesně prokázána, ale bylo provedeno mnoho výzkumů, které naznačují, že konečný důkaz hypotézy není daleko. Paprsky, které zelený rostlinný pigment nedokáže absorbovat, jsou absorbovány molekulami žlutého pigmentu. Energie je poté směrována do chlorofylu k další transformaci.
Pigmenty: tak odlišné
S výjimkou některýchodrůdy karotenoidů, pigmenty zvané aurony, chalkony mají žlutou barvu. Jejich chemická struktura je v mnoha ohledech podobná flavonům. Takové pigmenty se v přírodě příliš často nevyskytují. Byly nalezeny v lístcích, květenstvích oxalis a hledík, poskytují barvu koreopsis. Takové pigmenty netolerují tabákový kouř. Pokud rostlinu vykuřujete cigaretou, okamžitě zčervená. Biologická syntéza probíhající v rostlinných buňkách za účasti chalkonů vede ke vzniku flavonolů, flavonů, auronů.
Melanin mají zvířata i rostliny. Tento pigment poskytuje vlasům hnědý odstín, díky němu mohou kudrlinky zčernat. Pokud buňky neobsahují melanin, stávají se zástupci živočišného světa albíny. U rostlin se pigment nachází ve slupce červených hroznů a v některých květenstvích v okvětních lístcích.
Modrá a další
Vegetace dostává svůj modrý nádech díky fytochromu. Je to rostlinný proteinový pigment zodpovědný za kontrolu kvetení. Reguluje klíčení semen. Je známo, že fytochrom může urychlit kvetení některých zástupců rostlinného světa, zatímco jiní mají opačný proces zpomalení. Do jisté míry se to dá srovnat s hodinami, ale biologickými. V tuto chvíli vědci ještě neznají všechna specifika mechanismu působení pigmentu. Bylo zjištěno, že struktura této molekuly je upravena denní dobou a světlem a přenáší informace o úrovni světla v prostředí do rostliny.
Modrý pigment dovnitřrostliny - antokyan. Existuje však několik odrůd. Antokyany dávají nejen modrou barvu, ale také růžovou, vysvětlují také červené a lila barvy, někdy tmavé, sytě fialové. Aktivní tvorba anthokyanů v rostlinných buňkách je pozorována při poklesu okolní teploty, tvorba chlorofylu se zastaví. Barva listů se mění ze zelené na červenou, červenou, modrou. Růže a máky mají díky antokyanům jasně šarlatové květy. Stejný pigment vysvětluje odstíny květenství pelargónie a chrpy. Díky modré odrůdě antokyanů mají zvonky svou jemnou barvu. Určité odrůdy tohoto typu pigmentu jsou pozorovány v hroznech, červeném zelí. Antokyany zajišťují vybarvení trnek, švestek.
Světlé a tmavé
Známý žlutý pigment, který vědci nazývali anthochlor. Byl nalezen ve slupce okvětních lístků prvosenky. Antochlor se nachází v prvosenkach, květenstvích beranů. Jsou bohaté na mák žlutých odrůd a jiřiny. Tento pigment dává příjemnou barvu květenství ropucha, citronovým plodům. Byl identifikován v některých dalších rostlinách.
Anthofein je v přírodě poměrně vzácný. Jedná se o tmavý pigment. Díky němu se na korunách některých luštěnin objevují specifické skvrny.
Všechny světlé pigmenty jsou vytvořeny přírodou pro specifické zbarvení zástupců rostlinného světa. Díky tomuto zbarvení rostlina přitahuje ptáky a zvířata. Tím je zajištěno šíření semen.
O buňkách a struktuře
Pokouším se určitjak silně závisí barva rostlin na pigmentech, jak jsou tyto molekuly uspořádány, proč je celý proces pigmentace nutný, vědci zjistili, že v těle rostliny jsou přítomny plastidy. Tak se nazývají malá tělesa, která mohou být barevná, ale také bezbarvá. Taková tělíčka jsou pouze a výhradně mezi zástupci rostlinného světa. Všechny plastidy byly rozděleny na chloroplasty se zeleným odstínem, chromoplasty barvené v různých variacích červeného spektra (včetně žlutých a přechodných odstínů) a leukoplasty. Ty druhé nemají žádné odstíny.
Normálně rostlinná buňka obsahuje jeden druh plastidů. Experimenty ukázaly schopnost těchto těles transformovat se z typu na typ. Chloroplasty se nacházejí ve všech zeleně zbarvených rostlinných orgánech. Leukoplasty jsou častěji pozorovány v částech skrytých před přímými slunečními paprsky. Je jich mnoho v oddencích, nacházejí se v hlízách, částicích síta některých druhů rostlin. Chromoplasty jsou typické pro okvětní lístky, zralé plody. Tylakoidní membrány jsou obohaceny o chlorofyl a karotenoidy. Leukoplasty neobsahují molekuly pigmentu, ale mohou být místem pro procesy syntézy, akumulaci živin - bílkovin, škrobu, příležitostně tuků.
Reakce a transformace
Při studiu fotosyntetických pigmentů vyšších rostlin vědci zjistili, že chromoplasty jsou zbarveny červeně kvůli přítomnosti karotenoidů. Všeobecně se uznává, že chromoplasty jsou posledním krokem ve vývoji plastidů. Pravděpodobně se objevují při přeměně leuko-, chloroplastů, když stárnou. Převážněpřítomnost takových molekul určuje barvu listů na podzim, stejně jako jasné, oku lahodící květiny a ovoce. Karotenoidy jsou produkovány řasami, rostlinným planktonem a rostlinami. Mohou být generovány některými bakteriemi, houbami. Karotenoidy jsou zodpovědné za barvu živých zástupců rostlinného světa. Některá zvířata mají biochemické systémy, díky nimž se karotenoidy přeměňují na jiné molekuly. Surovina pro takovou reakci se získává z potravin.
Podle pozorování růžových plameňáků tito ptáci sbírají a filtrují spirulinu a některé další řasy, aby získali žlutý pigment, ze kterého se pak objevuje kanthaxanthin, astaxanthin. Právě tyto molekuly dodávají ptačímu peří tak krásnou barvu. Mnoho ryb a ptáků, raků a hmyzu má jasnou barvu díky karotenoidům, které se získávají ze stravy. Betakaroten se přeměňuje na některé vitamíny, které jsou využívány pro lidský prospěch – chrání oči před ultrafialovým zářením.
Červená a zelená
Když už mluvíme o fotosyntetických pigmentech vyšších rostlin, je třeba poznamenat, že mohou absorbovat fotony světelných vln. Je třeba poznamenat, že to platí pouze pro část spektra viditelnou lidským okem, to znamená pro vlnovou délku v rozsahu 400-700 nm. Částice rostlin mohou absorbovat pouze kvanta, která mají dostatečné energetické rezervy pro fotosyntézní reakci. Absorpce je výhradně odpovědností pigmentů. Vědci zkoumali nejstarší formy života v rostlinném světě – bakterie, řasy. Bylo zjištěno, že obsahují různé sloučeniny, které mohou přijímat světlo ve viditelném spektru. Některé odrůdy mohou přijímat světelné vlny záření, které lidské oko nevnímá - z bloku blízkého infračervenému záření. Kromě chlorofylů je taková funkčnost přirozeně přiřazena bakteriorhodopsinu, bakteriochlorofylu. Studie prokázaly význam pro reakce syntézy fykobilinů, karotenoidů.
Rozmanitost rostlinných fotosyntetických pigmentů se skupina od skupiny liší. Mnohé je dáno podmínkami, ve kterých forma života žije. Zástupci vyššího rostlinného světa mají menší rozmanitost pigmentů než evolučně staré odrůdy.
O čem to je?
Studiem fotosyntetických pigmentů rostlin jsme zjistili, že vyšší rostlinné formy mají pouze dvě odrůdy chlorofylu (zmíněné dříve A, B). Oba tyto typy jsou porfyriny, které mají atom hořčíku. Jsou převážně součástí komplexů sbírajících světlo, které absorbují světelnou energii a směrují ji do reakčních center. Centra obsahují relativně malé procento celkového chlorofylu typu 1 přítomného v rostlině. Zde probíhají primární interakce charakteristické pro fotosyntézu. Chlorofyl doprovázejí karotenoidy: jak vědci zjistili, obvykle jich existuje pět druhů, ne více. Tyto prvky také shromažďují světlo.
Chlorofyly a karotenoidy jsou rozpuštěné, rostlinné pigmenty, které mají úzké pásy absorpce světla, které jsou od sebe dost daleko. Chlorofyl má schopnost nejúčinnějiabsorbují modré vlny, dokážou pracovat s červenými, ale zelené světlo zachycují velmi slabě. Spektrální rozšíření a překrytí zajišťují chloroplasty izolované z listů rostliny bez větších potíží. Chloroplastové membrány se liší od roztoků, protože barvicí složky jsou kombinovány s bílkovinami, tuky, vzájemně reagují a energie migruje mezi kolektory a akumulačními centry. Pokud vezmeme v úvahu spektrum absorpce světla listu, ukáže se, že je ještě složitější, hladší než jeden chloroplast.
Odraz a pohlcování
Při studiu pigmentů rostlinného listu vědci zjistili, že určité procento světla, které dopadá na list, se odráží. Tento jev byl rozdělen do dvou odrůd: zrcadlový, difúzní. Říkají o prvním, pokud je povrch lesklý, hladký. Odraz plechu je tvořen převážně druhým typem. Světlo proniká do tloušťky, rozptyluje se, mění směr, protože jak ve vnější vrstvě, tak uvnitř listu jsou oddělující povrchy s různými indexy lomu. Podobné efekty jsou pozorovány, když světlo prochází buňkami. Nedochází k silné absorpci, optická dráha je mnohem větší než tloušťka listu, měřeno geometricky, a list je schopen absorbovat více světla než pigment z něj extrahovaný. Listy také absorbují mnohem více energie než chloroplasty studované samostatně.
Protože existují různé rostlinné pigmenty - červený, zelený a tak dále - jev absorpce je nerovnoměrný. List je schopen vnímat světlo různých vlnových délek, ale účinnost procesu je vynikající. Nejvyšší absorpční kapacita zeleného listí je vlastní fialovému bloku spektra, červenému, modrému a modrému. Síla absorpce není prakticky určena tím, jak koncentrované jsou chlorofyly. To je způsobeno tím, že médium má vysokou rozptylovou sílu. Pokud jsou pigmenty pozorovány ve vysoké koncentraci, dochází k absorpci blízko povrchu.
